KR101884587B1 - 리사이클 커넥션 내에 평행한 냉각 채널을 구비하는 중합 플랜트 - Google Patents

리사이클 커넥션 내에 평행한 냉각 채널을 구비하는 중합 플랜트 Download PDF

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Abstract

병렬로 배열된 2개 이상의 냉각 채널을 갖는 리사이클 커넥션을 구비하는 중합용 플랜트, 바람직하게는 에틸렌 중합용 플랜트, 중합을 위한 공정 및 다운스트림 공정이 개시되며, 중합용 플랜트는 유체 연통되는 하기 플랜트 구성 요소들, 즉
a) 유입구 측과 배출구 측을 갖는 반응기; 및
b) 반응기의 배출구 측과 유입구 측 사이에 유체 연통하도록 위치된 리사이클 커넥션을 포함하며, 여기서 리사이클 커넥션은 병렬로 배열된 2개 이상의 냉각 채널을 포함한다.

Description

리사이클 커넥션 내에 평행한 냉각 채널을 구비하는 중합 플랜트
본 개시는 일반적으로 병렬로 배열된 2개 이상의 냉각 채널을 갖는 리사이클 커넥션을 구비하는 중합용 플랜트, 바람직하게는 에틸렌의 중합용 플랜트에 관한 것이다. 본 개시는 중합용 플랜트, 중합용 공정 및 다운스트림 공정에 관한 것이다.
에틸렌의 중합은 폴리에틸렌의 제조용이거나 다른 공단량체를 갖는 에틸렌으로부터 공중합체의 제조용이든지 간에 매우 중요한 공정이다. 폴리에틸렌 또는 그와 같은 공중합체는 내구재와 일회용품 모두에, 특히 성형 플라스틱 부품 또는 플라스틱 필름의 형태로 광범위하게 사용된다. 플라스틱 필름 및 성형 용기는 식품 및 기타 소매 업계에서 포장재로서 보편적으로 사용된다. 성형 플라스틱 부품에 대한 다른 용도는 가전제품, 자동차, 가정용 가구 및 가정용품, 건설 및 의학적 적용을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
EP 1 589 043 A2호는 공단량체 및 연쇄 이동제의 사용, 그리고 중합체 제품의 물성에 대한 그들의 영향을 탐색한다.
US 2010/087606 A1호는 반응기 내부로 모노머 및 촉매를 도입하기 위한 복수의 원료의 이용, 그리고 중합체 제품의 물성에 대한 그들의 영향을 탐색한다.
US 2004/247493 A1호는 중합 제품의 물성에 대한 연쇄 이동제의 영향을 탐색한다.
중합 반응의 거대한 경제적 중요성을 고려할 때, 종래 기술에는 개선된 중합 공정 및 플랜트에 대한 요구가 남아 있다.
본 개시는 일반적으로, 에틸렌의 중합과 관련하여 종래 기술에서 맞닥뜨리는 적어도 한 가지 이상의 문제점을 극복하는 목적에 근거한다.
보다 상세하게는, 본 개시는 또한, 에틸렌의 중합을 위한 개선된 플랜트 및/또는 개선된 공정을 제공하는 목적에 근거한다.
본 개시의 한 가지 목적은, 하기 중에서 선택되는 하나 이상을, 바람직하게는 모두를 허용하는 에틸렌 중합용 플랜트 및/또는 공정을 제공하는 것이다: 개선된 에너지 효율, 개선된 생산율, 공정 휴지 시간에 대한 감소된 요구.
본 개시의 청구항들을 형성하는 카테고리의 특허 대상은 상기 목적들 중 적어도 하나를 달성하는 데 기여한다. 본 개시의 특정 실시예들을 나타내는 본 개시의 종속 청구항들의 특허 대상에 의해서 추가적인 기여가 이루어진다.
본 개시의 하기 실시예들은 상기 목적들 중 적어도 하나를 달성하는 데 기여한다:
|1| 유체 연통 상태의 하기 플랜트 구성 요소들을 포함하는 중합용 플랜트로서:
a) 유입구 측과 배출구 측을 갖는 반응기; 및
b) 반응기의 유입구 측과 배출구 측 사이에 유체 연통되도록 위치하는 리사이클 커넥션, 여기서 리사이클 커넥션은 2개 이상의, 바람직하게는 10개 이상의, 보다 바람직하게는 100개 이상의, 가장 바람직하게는 300개 이상의 병렬로 배열된 냉각 채널을 포함하며, 병렬로 배열된 약 4,000개까지의 냉각 채널이 본 개시에 따른 리사이클 커넥션에 사용되었다.
|2| 실시예 |1|에 따른 플랜트로서, 여기서 리사이클 커넥션은 2개 이상의, 바람직하게는 5개 이상의, 보다 바람직하게는 50개 이상의, 가장 바람직하게는 200개 이상의 냉각 채널을 포함하는 한 번들(bundle)의 냉각기를 포함한다. 무려 1,000개의 냉각 채널을 갖는 번들 냉각기가 본 개시에 따라 사용되었다.
|3| 실시예 |1| 또는 |2|에 따른 플랜트로서, 여기서 리사이클 커넥션은, 각각 번들 2개 이상의, 바람직하게는 5개 이상의, 보다 바람직하게는 50개 이상의, 가장 바람직하게는 200개 이상의 냉각 채널을 포함하는, 병렬로 배열된 2개 이상의 번들 냉각기를 포함한다.
|4| 선행하는 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 플랜트로서, 여기서 반응기는 관형 반응기(tubular reactor)이다. 본 실시예의 일 양태에서, 상기 관형 반응기는 약 1 ㎞ 내지 10 ㎞의 범위, 바람직하게는 약 1.5 ㎞ 내지 7 ㎞의 범위, 가장 바람직하게는 약 2 ㎞ 내지 5 ㎞의 범위 안에 있는 길이를 갖는 튜브를 포함한다. 본 실시예의 일 양태에서, 상기 튜브는 약 10 ㎜ 내지 200 ㎜의 범위, 바람직하게는 약 15 ㎜ 내지 150 ㎜의 범위, 보다 바람직하게는 약 20 ㎜ 내지 100 ㎜의 범위 안에 있는 내경을 갖는다. 상기 튜브는 여러 튜브 섹션, 바람직하게는 약 10개 내지 500개의 튜브 섹션 및 보다 바람직하게는 약 50개 내지 300개의 튜브 섹션으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 약 5 m 내지 30 m의 범위, 바람직하게는 약 7 m 내지 25 m의 범위 안에 있는 길이를 갖는 튜브 섹션을 사용하는 것도 바람직하다. 더욱이, 튜브 섹션 가스와 압력을 조밀하게 연결하는 것이 바람직하며, 여기서 이 연결은 바람직하게 플랜지 결합(flanging)에 의해서 얻어진다. 바람직하게는 10% 미만의 튜브 섹션이 용접에 의해서 연결된다. 바람직하게, 튜브 섹션은 내부 튜브 및 내부 튜브를 적어도 부분적으로 둘러싸는 냉각제 재킷을 포함한다. 내부 튜브가 워터 재킷보다 높은 압력을 견딜 수 있는 것이 바람직하다.
|5| 선행하는 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 플랜트로서, 여기서 냉각 채널들 중 적어도 하나는 수직으로, 바람직하게는 수직선과 약 20° 미만의 각을 이루도록, 보다 바람직하게는 수직선과 약 10° 미만의 각을 이루도록, 가장 바람직하게는 수직선과 약 5° 미만의 각을 이루도록 배열된다.
|6| 선행하는 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 플랜트로서, 여기서 냉각 채널들 중 적어도 하나는 하기 기준들 중 한 가지 이상을, 바람직하게는 두 가지 또는 모두를 만족시킨다:
a) 냉각 채널의 길이는 약 200 m 미만, 바람직하게는 약 50 m 미만, 보다 바람직하게는 약 20 m 미만이다.
b) 냉각 채널 내부의 단면 지름(cross-sectional diameter)은 약 5 ㎜ 내지 200 ㎜의 범위, 바람직하게는 약 7 ㎜ 내지 120 ㎜의 범위, 가장 바람직하게는 약 10 ㎜ 내지 80 ㎜의 범위 안에 있다.
c) 냉각 채널은 유입구와 배출구 사이에서 약 20 ㎫ 미만의, 바람직하게는 약 15 ㎫ 미만의, 보다 바람직하게는 약 5 ㎫ 미만의 압력 강하로 작동되도록 설계된다. 몇몇 경우에는, 유입구와 배출구 사이에서의 압력 강하가 약 0.2 ㎫ 정도로 낮다.
|7| |1| 내지 |6|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 플랜트 내에서 에틸렌을 중합함으로써 중합체를 제조하기 위한 공정.
|8| 실시예 |7|에 따른 공정으로서, 여기서 이 공정은 연속 공정이다.
|9| 실시예 |7| 또는 |8|에 따른 공정으로서, 여기서 리사이클 커넥션에 걸친 압력 강하는 약 20 ㎫ 미만, 바람직하게는 약 15 ㎫ 미만, 가장 바람직하게는 약 10 ㎫ 미만이다.
|10| |7| 내지 |9|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정으로서, 여기서 하나 이상의 냉각 채널 내로 유입되는 냉각될 유체의 속도는, 바람직하게 플랜트의 정상 작동 동안에는, 약 10 ㎧ 미만, 바람직하게는 약 5 ㎧ 미만, 보다 바람직하게는 약 3 ㎧ 미만이다.
|10a| |7| 내지 |10|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정으로서, 여기서 하나 이상의 냉각 채널 내로 유입되는 냉각제의 속도는, 바람직하게 플랜트의 정상 작동 동안에는, 약 0.1 ㎧ 내지 5 ㎧ 의 범위, 바람직하게는 약 0.3 ㎧ 내지 3 ㎧의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.5 ㎧ 내지 1 ㎧ 의 범위 안에 있다.
|10b| |7| 내지 |9|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정으로서, 여기서 하나 이상의 냉각 채널 내로 유입되는 냉각될 유체의 속도는, 바람직하게 플랜트의 클리닝 또는 왁스 제거(dewaxing) 모드 동안에는, 약 0.3 ㎧ 미만, 바람직하게는 약 0.25 ㎧ 미만, 보다 바람직하게는 약 0.2 ㎧ 미만이다.
|10c| |7| 내지 |10| 또는 |10b|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정으로서, 여기서 하나 이상의 냉각 채널 내로 유입되는 냉각제의 속도는, 바람직하게 플랜트의 클리닝 또는 왁스 제거 모드 동안에는, 약 0.3 ㎧ 미만, 바람직하게는 약 0.25 ㎧ 미만, 보다 바람직하게는 약 0.2 ㎧ 미만이다.
|11| 에틸렌이 유체에 포함된, |7| 내지 |10|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정은 하기 단계를 포함한다:
a) 유체의 제1 부분이 하나 이상의 냉각 채널로 구성되는 서브세트(subset) A를 통해 질량 흐름률 α로 유동하고, 유체의 제2 부분이 서브세트 A에 속하지 않는 하나 이상의 냉각 채널로 구성되는 서브세트 B를 통해 질량 흐름률 β로 유동하는 단계로서, 여기서 α는 β의 적어도 두 배, 바람직하게는 β의 적어도 다섯 배, 보다 바람직하게는 β의 적어도 열 다섯 배이며; 여기서 질량 흐름률 α와 β는 초당 각각의 냉각 채널을 통해 유동하는 질량에 관하여 kg·s- 1으로 표시된다.
|12| 실시예 |11| 에 따른 공정으로서, 여기서, 단계 a)에서는, 서브세트 A에 제공된 냉각제의 질량 흐름률이 서브세트 B에 제공된 냉각제의 질량 흐름률을 기준으로, 서브세트 B에 제공된 냉각제의 질량 흐름률보다 적어도 약 10%, 바람직하게는 적어도 약 20%, 보다 바람직하게는 적어도 약 5%만큼, 더 높으며, 여기서 질량 흐름률은 초당 유동하는 냉각제의 질량에 관하여 kg·s- 1으로 표시된다.
|13| 실시예 |11| 또는 |12|에 따른 공정으로서, 여기서, 단계 a)에서는, 서브세트 B에 제공된 냉각제의 온도가 상기 서브세트 A에 제공된 냉각제의 온도보다 적어도 약 5 K, 바람직하게는 적어도 약 10 K, 보다 바람직하게는 적어도 약 15 K만큼 더 높다.
|14| |11| 내지 |13|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정으로서, 여기서, 단계 a)에서는, 하기 기준들 중 한 가지 또는 두 가지 다 만족된다:
ⅰ. 서브세트 A에는 액상의 냉각제가 제공된다;
ⅱ. 서브세트 B에는 기상의 냉각제가 제공된다.
본 실시예의 다양한 양상에서는, 기준들의 하기 조합들이 충족된다: ⅰ, ⅱ, ⅰ+ⅱ.
|15| |11| 내지 |13|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정은 하기 단계를 추가로 포함한다:
b) 유체의 제1 부분이 냉각 채널의 서브세트(subset) A를 통해 질량 흐름률 γ로 유동하고, 유체의 제2 부분이 냉각 채널의 서브세트 B를 통해 질량 흐름률 δ로 유동하는 단계로서, 여기서 δ는 γ의 적어도 두 배, 바람직하게는 γ의 적어도 다섯 배, 보다 바람직하게는 γ의 적어도 열 여섯 배이며; 여기서 질량 흐름률 γ와 δ는 초당 각각의 냉각 채널을 통해 유동하는 질량에 관하여 kg·s- 1으로 표시된다.
|16| 실시예 |15|에 따른 공정으로서, 여기서, 단계 b)에서는, 하기 기준들 중 한 가지 이상이 만족된다:
ⅰ. 서브세트 B에 공급된 냉각제의 질량 흐름률이 서브세트 A에 공급된 냉각제의 질량 흐름률을 기준으로, 서브세트 A에 공급된 냉각제의 질량 흐름률보다 적어도 약 10%만큼 더 높으며, 여기서 질량 흐름률은 초당 유동하는 냉각제의 질량에 관하여 kg·s-1으로 표시된다.
ⅱ. 서브세트 A에 공급된 냉각제의 온도가 서브세트 B에 공급된 냉각제의 온도보다 적어도 약 5 K만큼 더 높다.
ⅲ. 서브세트 A에는 액상의 냉각제가 제공된다;
ⅳ. 서브세트 B에는 기상의 냉각제가 제공된다.
본 실시예의 다양한 양태에서는, 기준들의 하기 조합들이 충족된다: ⅰ, ⅱ, ⅲ, ⅳ, ⅰ+ⅱ, ⅰ+ⅲ, ⅰ+ⅳ, ⅱ+ⅲ, ⅱ+ⅳ, ⅲ+ⅳ, ⅰ+ⅱ+ⅲ, ⅰ+ⅱ+ⅳ, ⅰ+ⅲ+ⅳ, ⅱ+ⅲ+ⅳ, ⅰ+ⅱ+ⅲ+ⅳ.
|17| 다운스트림 제품의 제조를 위한 공정은 하기 제조 단계들을 포함한다:
a) |7| 내지 |16|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정에 의해 중합체를 제조하는 단계;
b) 다운스트림 제품을 획득하기 위해 중합체를 추가 처리하는 단계.
|18| |7| 내지 |17|의 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 공정으로, 여기서는 중합체 또는 다운스트림 제품이 성형체(shaped body)로 변환된다.
하기에서, 용어 "유체 연통"은 유체가 직접적으로 또는 적어도 하나의 제3 구성 요소를 경유하여 제1 구성 요소로부터 제2 구성 요소로 통과할 수 있다는 것을 의미한다. 용어 "직접적인 유체 연통"은 어떤 다른 구성 요소도 제1 구성 요소와 제2 구성 요소 사이에 위치하지 않아야 한다는 선호도(preference)를 의미한다. "직접 유체 연통"은 하나 이상의 연결용 튜브 및/또는 하나 이상의 밸브와 같은 하나 이상의 사소한 구성 요소가 제1 구성 요소와 제2 구성 요소 사이에 위치한다는 것을 또한 의미한다.
용어 "유입구"는 유체가 구성 요소에 들어가는 지점을 의미하고, 용어 "배출구"는 유체가 구성 요소를 나가는 지점을 의미한다. 이러한 맥락에서, "유입구" 및 "배출구"는 플랜트의 정상 작동 동안의 유체 유동의 방향 또는 플랜트가 설계된 유체 유동의 방향, 바람직하게는 플랜트가 설계된 유체 유동의 방향에 의해서 정의되는 유체 유동의 방향에 의해서 정의된다. 유체가 둘 중 어느 방향으로 통과하여 흐를 수 있는 구성 요소의 경우에는, 유입구 및 배출구의 결정을 위한 유동의 방향은 상기 구성 요소의 1차적인 기능과 연계되어 있다.
플랜트
본 개시에 따른 플랜트는, 선택적으로 다른 공단량체의 존재 하에, 바람직하게는 에틸렌의 중합에 적합하다. 플랜트의 일반적인 기능은, 예시적인 목적을 위해서 그리고 본 개시의 범위를 한정하는 것으로서 간주되지 않을 도 1에 도시되어 있다. 더욱이, 바람직하게는 반응물을 재활용함으로써 플랜트가 효과적인 수율을 개선하며; 그리고/또는 바람직하게는 열 재활용에 의해서 또는 부산물을 연료로 사용함으로써, 바람직하게는 열 재활용에 의해서 그리고 부산물을 연료로의 사용함으로써 플랜트가 에너지 효율을 개선하는 것이 바람직하다.
플랜트의 바람직한 구성은 하기와 같을 수 있다:
1) 에틸렌 소스;
2) 약 0 ㎫ 내지 50 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 10 ㎫ 내지 45 ㎫의 범위, 가장 바람직하게는 약 20 ㎫ 내지 35 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 유체를 출력할 수 있는 것이 바람직한 1차 압축기;
3) 약 50 ㎫ 내지 500 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 100 ㎫ 내지 450 ㎫의 범위, 가장 바람직하게는 약 200 ㎫ 내지 400 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 유체를 출력할 수 있는 것이 바람직한 2차 압축기;
4) 열교환기;
5) 반응기;
6) 1차 프레셔 렛 다운(primary pressure let down);
7) 냉각기;
8) 분리기;
9) 2차 프레셔 렛 다운(secondary pressure let down);
10) 분리기;
11) 제품 펠릿타이저;
12) 분리기(8)의 적어도 하나의 산출물과 유체 연통되는 유입구 및 2차 압축기의 유입구와 유체 연통되는 배출구를 갖는 1차 리사이클 커넥션으로, 여기서 1차 리사이클 커넥션은 적어도 두 개의 냉각 채널 및 적어도 하나의 분리기를 포함한다;
13) 분리기(11)의 적어도 하나의 산출물과 유체 연통되는 유입구 및 1차 압축기의 유입구와 유체 연통되는 배출구를 갖는 2차 리사이클 커넥션으로서, 여기서 2차 리사이클 커넥션은 적어도 하나의 냉각 채널 및 적어도 하나의 분리기를 포함한다;
여기서 구성 요소(1 내지 11)는 바람직하게 1 내지 11의 순서로 유체 연통되고, 구성 요소(12 및 13)는 위에서 상세하게 기술된 바와 같이 리사이클 루프(recycle loop)를 구성한다.
본 개시의 맥락에서, 플랜트는 논리적으로 하기 영역들로 구분될 수 있다:
a. 반응기의 유입구 측(위의 항목 1 내지 4)
b. 반응기(위의 항목 5)
c. 반응기의 배출구 측(위의 항목 6 내지 11)
d. c를 a에 연결하는 제1 리사이클 커넥션(위의 항목 12)
e. c를 a에 연결하는 선택적인 추가 리사이클 커넥션(위의 항목 13)
당업자는 중합용 플랜트의 지식을 가지고 있어서 본 개시의 목적들을 달성하기 위해 적합하다고 생각하는 추가적인 구성 요소들을 포함하거나 구성 요소들을 제거할 수 있다. 플랜트의 바람직한 배치(layout)가 도 2에 도시되어 있다.
본 개시의 일 실시예에서, 반응기 및 1차 프레셔 렛 다운은 하나의 챔버 내에 포함된다. 반응기 챔버로서도 지칭되는 이 챔버는 바람직하게 강화 콘크리트 하우징이다.
반응기
본 개시의 맥락에서 바람직한 반응기는 바람직하게 내부 및 외부를 구비하며, 여기서 에틸렌은, 선택적으로 다른 공단량체의 존재 하에, 반응기 내부에서 중합될 수 있다.
반응기는 바람직하게 유입구 및 배출구를 구비한다. 바람직한 일 실시예에서, 반응기는 유체가 반응기의 유입구에 들어가서 반응기의 배출구로부터 나오는 반응성 유동(reactive flow)에 사용되기에 적합하다. 일 실시예에서, 반응기는 유입구 및 배출구 외에, 반응기의 내부와 외부를 연결하는 하나 이상의 추가 개구, 바람직하게는 유체가, 바람직하게는 제어된 방식으로, 바람직하게는 하나 이상의 밸브에 의해 제어되어, 내부와 외부 사이를 통해 유동할 수 있는 개구를 더 포함한다.
일 실시예에서, 반응기는 바람직하게 공단량체, 개시제 또는 둘 다를 포함하는 물질이 반응기에 들어갈 때 통과하는 하나 이상의 개구를 포함한다. 바람직한 반응기는 관형 반응기이다.
본 개시의 일 실시예에서, 반응기는 적어도 약 100 m, 바람직하게는 적어도 약 500 m, 보다 바람직하게는 적어도 약 1 ㎞, 가장 바람직하게는 적어도 약 2 ㎞에 해당하는, 반응기 유입구와 반응기 배출구 간 최소 유동 거리를 갖는다. 일 실시예에서, 반응기는 물질, 바람직하게는 개시제가 반응기 내부로 도입될 수 있는 하나 이상의 위치(site)를 구비한다.
본 개시의 일 실시예에서, 상기 반응기는 오토클레이브 타입이고, 바람직하게는 반응기 내부에 포함된 적어도 하나의 교반기를 갖는다. 본 실시예의 일 양태에서, 유입구와 배출구 간의 최소 유동 거리는 약 1 m 내지 약 50 m의 범위, 바람직하게는 약 3 m 내지 약 30 m의 범위, 보다 바람직하게는 약 5 m 내지 약 20 m의 범위 안에 있다.
압축기
압축기는 바람직하게 플랜트 내에서 유체의 압력을 증가시킨다. 바람직한 압축기에서, 압력은 압력 PIN에서 압축기에 들어가고 압력 POUT에서 압축기를 나가며, 여기서 POUT은 PIN보다 바람직하게는 적어도 약 0.5 ㎫만큼, 보다 바람직하게는 적어도 약 1 ㎫만큼, 가장 바람직하게는 적어도 약 5 ㎫만큼 더 크다.
일 실시예에서, 플랜트는 바람직하게 전술된 제2 압축기인 제1 압축기를 포함하며, 여기서 제1 압축기, 바람직하게 제1 압축기의 배출구 측은 바람직하게 반응기와, 바람직하게는 반응기의 유입구 측과 유체 연통한다. 본 실시예의 바람직한 실시예에서, 플랜트는 바람직하게 전술된 제1 압축기인 추가 압축기를 더 포함하며, 여기서 추가 압축기, 바람직하게 추가 압축기의 배출구 측은 바람직하게 반응기와, 바람직하게는 반응기의 유입구 측과, 바람직하게는 제1 압축기를 통해서, 바람직하게는 제1 압축기의 유입구와 유체 연통하는 제2 압축기의 배출구와 유체 연통한다.
일 실시예에서, 제1 압축기에는 약 1 ㎫ 내지 약 100 ㎫의 범위, 바람직하게는 약 5 ㎫ 내지 약 70 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 10 ㎫ 내지 약 50 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 유체가 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 유체는 약 120 ㎫ 내지 약 500 ㎫의 범위, 바람직하게는 약 200 ㎫ 내지 약 450 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 230 ㎫ 내지 약 400 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 제1 압축기로부터 나간다.
일 실시예에서, 추가 압축기에는 약 0.01 ㎫ 내지 약 7 ㎫의 범위, 바람직하게는 약 0.05 ㎫ 내지 약 5 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.1 ㎫ 내지 약 3 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 유체가 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 유체는 약 10 ㎫ 내지 약 100 ㎫의 범위, 바람직하게는 약 15 ㎫ 내지 약 70 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 20 ㎫ 내지 약 50 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 추가 압축기로부터 나간다.
본 개시의 일 실시예에서, 하나 이상의 압축기가 인풋 유체(input fluid)에 제공된 인풋 유체의 압력에 대체로 독립적인 아웃풋 압력(output pressure)을 갖는 것이 바람직하다. 본 실시예의 일 양태에서, 하나 이상의 압축기, 바람직하게 제1 압축기(제2 압축기)는, 인풋 압력이 25 ㎫로부터 35 ㎫로 증가하고, 아웃풋 압력에서 백분율 변화가 25 ㎫의 인풋 압력에 대한 아웃풋 압력에 기반을 둔 경우에는, 약 20% 이상만큼 증가하지 않는, 바람직하게는 약 10% 이상만큼 증가하지 않는, 보다 바람직하게는 약 5% 이상만큼 증가하지 않는 아웃풋 압력을 제공한다.
냉각기
본 개시의 맥락에서 바람직한 냉각 채널은 유입구와 배출구 사이의 내부를 통한 유체의 유동을 허용하고, 바람직하게는 제어 가능한 방법으로 유체의 온도를 감소시키기에 적합한 플랜트의 구성 요소들이다. 바람직한 냉각 채널은 내부와 유체 연통하지 않는 외부 영역에 냉각제 유체를 공급할 수 있다.
본 개시의 맥락에서, 단일 냉각 채널에 대한 언급은 인풋과 아웃풋을 연결하는 단일 튜브 또는 위상적인 등가물(topological equivalent)을 의미한다. 인풋과 아웃풋을 연결하는 병렬로 배열된 2개 이상의 튜브, 또는 위상적인 등가물은, 2개 이상의 냉각 채널을 언급한다는 것을 의미한다.
본 개시에 따르면, 플랜트가 반응기의 배출구 측을 유입구 측에 연결하는 리사이클 커넥션, 바람직하게는 고압 리사이클 커넥션을 포함하는 것이 바람직하며, 여기서 리사이클 커넥션은 2개 이상의 냉각 채널을 포함한다.
본 개시의 일 실시예에서, 리사이클 커넥션은 하나 이상의 번들 냉각기를 포함하고, 각각의 번들 냉각기는 2개 이상의 냉각 채널을 포함한다.
본 개시의 맥락에서 바람직한 번들 냉각기는 병렬로 배열된 2개 이상의, 바람직하게는 10개 이상의, 보다 바람직하게는 50개 이상의, 가장 바람직하게는 100개 이상의 냉각 채널을 포함한다. 본 실시예의 일 양태에서, 번들 냉각기의 2개 이상의 냉각 채널, 바람직하게는 모든 냉각 채널은 모두 그들의 인풋 측에 있는 단일 챔버에 연결된다. 본 실시예의 일 양태에서, 번들 냉각기의 2개 이상의 냉각 채널, 바람직하게 모든 냉각 채널은 모두 그들의 아웃풋 측에 있는 단일 챔버에 연결된다. 본 개시의 일 양태에서, 번들 냉각기의 냉각 채널은 하우징 내부에 수용되어 있다. 본 개시의 일 양태에서, 번들 냉각기의 2개 이상의 채널, 바람직하게 모든 채널은 공유 냉각제(shared coolant)에 의해서, 바람직하게는 단일 연결 유체를 형성하는 공유 냉각제에 의해서 냉각될 수 있다.
본 개시의 일 실시예에서, 하나 이상의 냉각 채널은 유입구와 배출구 간에 짧은 최소 경로 길이를 갖는다. 냉각 채널의 유입구와 배출구는 바람직하게 냉각제에 의해서 냉각될 수 있는 유동 섹션의 시작과 끝을 표시한다. 본 실시예의 일 양태에서, 하나 이상의 냉각 채널은 약 1 m 내지 약 100 m의 범위, 바람직하게는 약 2 m 내지 약 50 m의 범위, 보다 바람직하게는 약 2.5 m 내지 약 20 m의 범위 안에 있는, 유입구와 배출구 간 최소 경로 길이를 갖는다.
일 실시예에서, 바람직하게 하나 이상의 번들 냉각기 내에 포함된 하나 이상의 냉각 채널은 수직으로, 바람직하게는 수직선과 20° 미만의 각을 이루도록, 보다 바람직하게는 수직선과 약 10° 미만의 각을 이루도록, 가장 바람직하게는 수직선과 약 5° 미만의 각을 이루도록 배열된다. 본 실시예의 일 양태에서, 적어도 하나의 냉각 채널은, 사용시 바람직하게 수직선으로부터 20° 미만의 각도로, 보다 바람직하게는 수직선으로부터 약 10° 미만의 각도로, 가장 바람직하게는 수직선으로부터 약 5° 미만의 각도로, 유체가 냉각 채널을 통해 아래로 유동하도록 배열된다. 본 실시예의 일 양태에서, 적어도 하나의 냉각 채널은 바람직하게 수직선으로부터 20° 미만의 각도로, 보다 바람직하게는 수직선으로부터 약 10° 미만의 각도로, 가장 바람직하게는 수직선으로부터 약 5° 미만의 각도로, 냉각 채널용 냉각제가 위로 유동하도록 배열된다.
또 다른 실시예에서, 냉각기는 거의 수직이다.
본 개시의 일 실시예에서, 하나 이상의 냉각기, 바람직하게 리사이클 커넥션 내의 하나 이상의 냉각기는 냉각기로부터 낙하하는 물질을 수집하기 위한 수집 용기를 구비한다. 이 수집 용기는 바람직하게 흐름 방향으로 볼 때 냉각기 뒤에 배열된다.
일 실시예에서, 바람직하게 하나 이상의 번들 냉각기 내에 포함된 하나 이상의 냉각 채널은 크게 굽혀지지 않으며, 적어도 약 0.8, 바람직하게는 적어도 약 0.9, 보다 바람직하게는 적어도 약 0.95에 해당하는 냉각 채널의 유입구와 배출구 간 최소 경로 내에 포함된 임의의 두 개의 정규화된 벡터 사이에 최소 스칼라 곱(minimum scalar product)을 갖는 것이 바람직하다.
추가의 실시예에서, 하나 이상의 냉각 채널은 하나 이상의 휘어진 부분을 구비하며, 바람직하게는 U자 형상 또는 역 U자 형상을 형성한다. 본 실시예의 일 양태에서, 하나 이상의 냉각 채널은 약 30°보다 큰 각도, 보다 바람직하게는 약 60°보다 큰 각도, 가장 바람직하게는 약 75°보다 큰 각도를 갖는 하나 이상의 휘어진 부분을 구비한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 냉각 채널은 분리기와 통합되거나 분리기와 유체 연통되며, 바람직하게는 분리기와 유체 연통되고, 보다 바람직하게는 분리기와 직접 유체 연통된다. 본 실시예의 일 양태에서, 분리기는, 바람직하게 하나 이상의 부산물이 하나 이상의 냉각 채널로부터 분리기 내부로 낙하할 수 있도록, 하나 이상의 냉각 채널 아래에 위치한다. 본 실시예의 일 양태에서, 하나 이상의 냉각기는 필터를 포함하지 않는다.
분리기
분리기는 바람직하게 유체 유동을 2개 이상의 성분으로, 바람직하게는 반응물, 생성물, 불순물, 부산물 및 촉매로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 2개 이상의 성분으로 분리하기에 적합하다. 일 실시예에서, 플랜트는 하나 이상의 냉각 채널 뒤에서 진행하는, 바람직하게는 바로 뒤에서 진행하는 하나 이상의 분리기를 포함한다. 일 실시예에서, 플랜트는 유체를 2개 이상의 성분으로 분리하기에 적합한 하나 이상의 분리기를 포함하며, 여기서 이 2개의 성분은 서로 다른 상(phases)이며, 바람직하게는 가스, 액체, 고체, 하이퍼크리티컬 유체(hypercritical fluid), 및 메타-상(meta-phase)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 2개의 서로 다른 상이다.
플레어(flare)
본 개시의 맥락에서 바람직한 플레어는 물질의 연소, 바람직하게는 유체의 연소에 적합하다. 본 개시의 일 실시예에서, 플랜트는 하나 이상의 플레어를 포함한다.
리사이클 커넥션
리사이클 커넥션은 바람직하게 반응기의 배출구와 반응기의 유입구 사이에서 유체 연통되도록 위치한다. 리사이클 커넥션은 바람직하게, 감소될 스트림 내에서 하나 이상의 생성물/부산물, 바람직하게는 왁스와 같은 생성물/부산물이 함량을 허용한다. 리사이클 커넥션은 바람직하게 하나 이상의 생성물/부산물, 바람직하게는 유체 유동 내에서 하나 이상의 왁스와 같은 생성물/부산물의 중량 백분율을 바람직하게는 적어도 약 0.01 wt%만큼, 보다 바람직하게는 적어도 약 0.05 wt%만큼, 가장 바람직하게는 적어도 약 0.1 wt%만큼 감소시키며, 이와 같은 중량 백분율의 감소는 '인풋 내에서의 중량 백분율 - 아웃풋 내에서의 중량 백분율'로서 표시된다.
본 개시의 일 실시예에서, 리사이클 커넥션을 통한 유체 유동은, 바람직하게 약 0 wt% 내지 약 50 wt%의 범위, 보다 바람직하게는 약 0 wt% 내지 약 40 wt%의 범위, 가장 바람직하게는 약 0 wt% 내지 약 30 wt%의 범위 안에 있는 하나 이상의 공단량체를 포함한다. 공단량체가 리사이클의 유체로부터 크게 제거되지 않는 것이 바람직하며, 오히려 유체 내 공단량체의 중량 백분율은 공단량체 또는 에틸렌 이외의 성분들을 제거함으로써 바람직하게 증가하며, 유체 내 공단량체의 중량 백분율은 바람직하게 적어도 약 2 wt%만큼, 보다 바람직하게는 적어도 약 5 wt%만큼, 가장 바람직하게는 적어도 약 10 wt%만큼 증가하며, 중량 백분율의 증가는 '아웃풋 내에서의 중량 백분율 - 인풋 내에서의 중량 백분율'로 표시된다.
본 개시의 일 실시예에서, 리사이클 커넥션의 아웃풋은 약 50 wt% 내지 약 100 wt%의 범위, 바람직하게는 약 65 wt% 내지 약 100 wt%의 범위, 보다 바람직하게는 약 70 wt% 내지 약 100 wt%의 범위 안에 있는 에틸렌을 포함한다. 반응기의 배출구와 리사이클 커넥션의 유입구 간의 유체 연통은 직접적이나 간접적일 수 있으며, 바람직하게는 간접적일 수 있으며, 바람직하게는 냉각기, 분리기, 및 프레셔 렛 다운으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 구성 요소를 통해서 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 플랜트는 약 10 ㎫ 내지 약 100 ㎫의 범위, 바람직하게는 약 15 ㎫ 내지 약 70 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 20 ㎫ 내지 약 50 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 유체가 공급될 수 있는 고압 리사이클 커넥션을 포함한다.
일 실시예에서, 플랜트는 약 0.01 ㎫ 내지 약 20 ㎫의 범위, 바람직하게는 약 0.05 ㎫ 내지 약 10 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.1 ㎫ 내지 약 5 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 유체가 공급될 수 있는 저압 리사이클 커넥션을 포함한다.
일 실시예에서, 플랜트는 유입구와 배출구 사이에서 낮은 압력 강하, 바람직하게는 약 50 ㎫ 미만의 압력 차, 보다 바람직하게는 약 20 ㎫ 미만의 압력 차, 가장 바람직하게는 약 5 ㎫ 미만의 압력 차를 나타내는 하나 이상의 리사이클 커넥션을 포함한다. 본 발명의 일 양태에서, 플랜트는 유입구와 배출구 사이에서 낮은 압력 강하를 나타내는 고압 리사이클 커넥션을 포함한다.
스트림은 바람직하게 압축기 내부로의 재도입에 유리한 스트림 온도를 허용하는 정도까지 리사이클 커넥션을 통과해서 냉각되는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 리사이클 커넥션을 통과하는 스트림 내에서의 온도 강하는 약 50 K 내지 약 300 K의 범위, 바람직하게는 약 180 K 내지 약 290 K의 범위, 보다 바람직하게는 약 200 K 내지 약 260 K의 범위 안에 있다.
일 실시예에서, 스트림은 약 100℃ 내지 약 380℃의 범위, 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 350℃의 범위, 보다 바람직하게는 약 200℃ 내지 약 300℃의 범위 안에 있는 온도에서 리사이클 커넥션에 들어간다.
일 실시예에서, 스트림은 약 20℃ 내지 약 80℃의 범위, 바람직하게는 약 30℃ 내지 약 60℃의 범위, 보다 바람직하게는 약 35℃ 내지 약 55℃의 범위 안에 있는 온도에서 리사이클 커넥션으로부터 나간다.
일 실시예에서, 스트림은 리사이클 커넥션 내에서 2개 이상의 냉각기를 통과한다. 본 실시예의 일 양태에서, 스트림의 온도는 2개 이상의 냉각기 중 제1 냉각기 내에서는 약 20 K 내지 약 150 K만큼, 바람직하게는 약 25 K 내지 약 130 K만큼, 보다 바람직하게는 약 35 K 내지 약 110 K만큼 감소한다. 본 실시예의 또 다른 양태에서, 스트림의 온도는 2개 이상의 냉각기 중 제2 냉각기 내에서는 약 20 K 내지 약 150 K만큼, 바람직하게는 약 25 K 내지 약 130 K만큼, 보다 바람직하게는 약 35 K 내지 약 110 K만큼 감소된다.
공정
전술된 목적들 중 적어도 하나의 목적을 달성하는 데에는, 본 발명에 따른 플랜트 내에서의 중합을 위한 공정, 바람직하게는 다른 공단량체와 에틸렌의 공중합을 포함하지만 그에 한정되지 않는 에틸렌의 중합을 위한 공정이 기여한다.
중합은 바람직하게 약 100℃ 내지 약 380℃의 범위, 바람직하게는 약 130℃ 내지 약 365℃의 범위, 보다 바람직하게는 약 150℃ 내지 약 350℃의 범위 안에 있는 온도에서 수행된다.
중합은 바람직하게 약 100 ㎫ 내지 약 400 ㎫의 범위, 바람직하게는 약 125 ㎫ 내지 약 350 ㎫의 범위, 보다 바람직하게는 약 150 ㎫ 내지 약 325 ㎫의 범위 안에 있는 압력에서 수행된다.
전술된 목적들 중 적어도 하나의 목적을 달성하는 데에는, 바람직하게 리사이클 커넥션 내에, 보다 바람직하게는 고압 리사이클 커넥션 내에 위치하고, 바람직하게 하나 이상의 번들 냉각기를 포함하는 하나 이상의 냉각 채널(C)이 플랜트를 정지시키지 않고서도 세정될 수 있는 공정이 기여한다. 냉각 채널(C)은 바람직하게 냉각 채널의 바닥에 수집될 수 있는 왁스와 같은 퇴적물을 녹이기 위해 냉각 채널의 벽의 온도를 증가시킴으로써 세정된다.
공정의 일 실시예에서는, 하나 이상의 압축기가 가동되는 동안, 즉 바람직하게 적어도 하나의 압축기가 반응기의 유입구와 유체 연통되고, 보다 바람직하게는 적어도 하나의 제1 압축기(제2 압축기)가 반응기의 유입구와 유체 연통되고, 추가 압축기(제1 압축기)가 제1 압축기와 유체 연통되는 동안 세정될 냉각 채널(C)이 세정된다.
일 실시예에서, 세정될 냉각 채널(C)에는 정상 사용 동안 공급되는 냉각제보다 높은 온도에 있는 냉각제가 공급된다. 이와 같은 상황은 플랜트 내의 어느 곳으로부터, 바람직하게는 더 높은 온도의 냉각제 회로로부터 더 높은 온도의 유체를 경로 변경(rerouting) 함으로써 성취될 수 있다. 본 실시예의 일 양태에서, 냉각 채널(C)은 a. 냉각 채널(C)을 통과하는 유속을 감소시키는 단계; b. 냉각 채널(C)에 공급되는 냉각제의 온도를 증가시키는 단계; 및 c. 냉각 채널(C)의 바닥에 부산물을 수집하는 단계를 포함하는 공정에서 세정된다.
또 다른 실시예에서는, 냉각 채널(C)이 대신해서 공기와 접촉하도록, 세정될 냉각 채널(C)의 냉각 재킷으로부터 냉각제가 적어도 부분적으로 비워지는데, 바람직하게는 액체 냉각제가 적어도 부분적으로 비워진다. 본 실시예의 일 양태에서, 냉각 채널(C)은 a. 냉각 채널(C)을 통과하는 유속을 감소시키는 단계; b. 냉각 채널(C)을 공기와 접촉하고 있는 상태로 두기 위하여 냉각 채널(C)의 냉각 재킷을 적어도 부분적으로 비우는 단계; 및 c. 냉각 채널(C)의 바닥에 부산물을 수집하는 단계를 포함하는 공정에서 세정된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 세정될 냉각 채널에는 냉각제의 감속된 유속이 제공된다. 본 실시예의 일 양태에서, 냉각 채널(C)은 a. 냉각 채널(C)을 통과하는 유속을 감소시키는 단계; b. 냉각 채널(C)에 공급되는 냉각제의 유속을 감소시키는 단계; 및 c. 냉각 채널(C)의 바닥에 부산물을 수집하는 단계를 포함하는 공정에서 세정된다.
플랜트 산출량에 대한 지장을 피하기 위해서는, 정상/냉각 모드에서 작동하는 적어도 하나의 냉각 채널 서브세트가 항상 존재하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는, 항상 하나의 서브세트가 정상/냉각 모드에 있고 하나의 서브세트가 세정/왁스 제거 모드에 있도록, 정상/냉각 모드와 세정/왁스 제거 모드 사이에서 역-위상(anti-phase)으로 전환되는 2개의 서브세트 내에 냉각 채널이 있다. 여기서, "항상"이란 바람직하게 플랜트가 작동 중에 있는 시간의 적어도 약 90%, 보다 바람직하게는 적어도 약 99%, 가장 바람직하게는 적어도 약 99.9%를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 하나 이상의 개시제가 반응기 내에 존재한다.
중합체 제품
중합체 제품은 바람직하게 폴리에틸렌이 또는 그의 유도체, 또는 에틸렌 공중합체 또는 그의 유도체이다.
중합체 제품은 광 산란 검출기를 갖는 젤 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해서 결정되는 약 500 g/㏖ 내지 약 5,000,000 g/㏖의 범위, 바람직하게는 약 750 g/㏖ 내지 약 1,000,000 g/㏖의 범위, 보다 바람직하게는 약 1,000 g/㏖ 내지 약 500,000 g/㏖의 범위 안에 있는 중량 평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다.
바람직한 중합체 제품은 초저분자량 폴리에틸렌(ULMWPE 또는 PE-WAX), 고분자량 폴리에틸렌(HMWPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE) 및 염소화 폴리에틸렌(CPE); 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이다.
일 실시예에서, 중합체 제품은 약 0.89 g/㎤ 내지 약 0.96 g/㎤의 범위, 바람직하게는 약 0.90 g/㎤ 내지 약 0.95 g/㎤의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.91 g/㎤ 내지 약 0.94 g/㎤의 범위 안에 있는 밀도를 갖는다.
공단량체
본 발명의 일 양태는 에틸렌의 단독 중합에 관한 것이다. 본 발명의 또 다른 양태는 하나 이상의 공단량체와 에틸렌의 공중합에 관한 것이다. 본 출원에서, C2H3 절반(moiety)은 비닐로 불린다.
바람직하게 공단량체는, 바람직하게 자유 라디칼 중합에 의해서, 공중합체를 얻기 위해 에틸렌과 중합하기에 적합하다. 바람직한 공단량체는 순서가 정해진 중합체(ordered polymer), 부분적으로 순서가 정해진 중합체 및 순서가 정해지지 않은 중합체이며, 순서가 정해지지 않은 중합체가 바람직하다. 일 실시예에서, 공중합체 내에서 에틸렌 단위 이외의 공단량체 단위의 함량은, 공단량체의 총 무게에 근거하여, 약 0.0001 wt 내지 약 60 wt%의 범위, 바람직하게는 약 0.001 wt 내지 약 50 wt%의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.01 wt 내지 약 40 wt%의 범위 안에 있다.
바람직한 공단량체는 α,β-불포화 카르복실산, α,β-불포화 카르복실산의 에스테르, α,β-불포화 카르복실산의 무수물, 또는 올레핀으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이다.
본 맥락에서 바람직한 올레핀은 바람직하게 프로펜, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 및 1-데센으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 1-올레핀이다.
본 맥락에서 바람직한 α,β-불포화 카르복실산은 C3-C8 α,β-불포화 카르복실산인 것이 바람직하고, 바람직하게는 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 아크릴산, 메타크릴산 및 크로톤산, 또는 그들의 하나 이상의 유도체로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이다.
바람직한 α,β-불포화 카르복실산들의 에스테르 또는 α,β-불포화 카르복실산들의 무수물은 바람직하게 C3-C8 카르복실산으로부터 유도된다. 본 맥락에서 바람직한 에스테르와 무수물은 약 3개 내지 약 13개의 탄소 원자를 포함한다.
바람직한 α,β-에스테르는 메틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트 또는 tert-부틸 메타크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트 및 tert-부틸 아크릴레이트로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이다.
또한, 카르복실산염 음이온, 바람직하게는 아세트산 비닐도 공단량체로서 사용될 수 있다.
바람직한 무수물은 무수메타크릴산, 무수말레인산 및 무수이타콘산으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는이다다.
일 실시예에서, 공단량체는 1-헥센, 아크릴산, n-부틸 아크릴레이트, tert-부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 아세트산 비닐 및 프로피온산 비닐로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상이다.
일 실시예에서, 하나 이상의 비닐 실란은, 바람직하게 규소 및 하나 이상의 비닐 기를 포함하는 공단량체로서 사용된다. 바람직한 비닐 실란은 다음과 같은 일반적인 형태를 갖는다:
SiHx(비닐)yXz
여기서:
x는 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 2 또는 3, 보다 바람직하게는 3이며; y는 1, 2, 3 또는 4, 바람직하게는 1 또는 2, 보다 바람직하게는 1이며;
X는, 바람직하게 Cl, Br 및 I로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 보다 바람직하게는 Cl 및 Br로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 가장 바람직하게는 Cl인 할로겐이다. 동일한 분자 내의 X는 동일하거나 상이할 수 있다;
z는 0, 1, 2 또는 3, 바람직하게는 0 또는 1, 보다 바람직하게는 0이며; 그리고
x, y 및 z의 총합은 4이다.
바람직한 비닐 실란은 Si(비닐)H3이다.
본 발명은 이제, 오로지 예시를 위해서만 의도되었으며 본 발명의 범위를 제한하는 것으로서 간주되어서는 안 되는 도면들에 의해서 설명된다. 간단히 말해서, 각각의 도면들은 다음을 보여준다:
도 1은 본 발명에 따른 플랜트의 일반적인 기능을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 플랜트의 배치를 개략적으로 도시한다.
도 3은 냉각기 그룹의 배치를 개략적으로 도시한다.
도 4는 바람직한 번들 냉각기를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 플랜트(101)의 일반적인 기능을 개략적으로 보여준다. 에틸렌, 그리고 공중합체 및/또는 개질제와 같은 임의 선택적인 다른 반응물이 플랜트에 들어간다. 임의 선택적으로, 개시제와 같은 다른 종(species)이 플랜트에 들어간다. 제품, 바람직하게는 중합체가 바람직하게는 고체 펠릿의 형태로 플랜트로부터 나간다.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 플랜트(200)의 배치를 개략적으로 보여준다. 중합이 반응기(4) 내에서, 바람직하게는 관형 반응기 내에서 수행된다. 에틸렌 및 임의 선택적으로 다른 공단량체 및/또는 개질제가 1차 압축기(1)를 경유하고, 후속적으로 제2 압축기(2) 내부로 통과하며, 가열기(3)를 통해 반응기(4)의 유입구(21) 내부로 도입된다. 반응기(4) 다음에, 유체는 반응기(4)의 배출구(22)로부터 고압 프레셔 렛 다운(6)을 통과하고, 냉각기(7)를 통과하여 고압 분리기(8) 내부로 통과한다. 고압 분리기(8)로부터 보다 높은 밀도의 제품이 프레셔 렛 다운(23)을 통과하여 저압 분리기(9)까지 통과한다. 저압 분리기(9)로부터 보다 높은 밀도의 제품이 제품의 고체 펠릿을 산출하는 펠릿타이저(10)를 통과한다. 고압 리사이클(11)은 반응기(4)의 배출구 측(22)과 유입구 측 (21) 사이에 유체 연결을 제공한다. 고압 리사이클(11)의 유입구는 고압 분리기(8)의 배출구와 유체 연통되고, 고압 리사이클의 배출구는 제2 압축기(2)의 유입구 측과 유체 연통된다. 고압 리사이클은 하나 이상의 냉각 채널(12, 12') 및 하나 이상의 분리기(13)를 포함한다. 2개 이상의 냉각 채널이 있다는 사실을 명확히 하기 위해서, 2개의 구성 요소(12, 12')가 다이어그램에 나타나 있다. 본 발명에 따르면, 고압 리사이클은 병렬로 배치된 2개 이상의 냉각 채널을 포함한다. 이들 냉각 채널은 하나 이상의 냉각기, 바람직하게는 하나 이상의 번들 냉각기, 보다 바람직하게는 두 개 이상의 번들 냉각기 내부에서 그룹을 형성할 수 있다. 저압 리사이클(14) 역시 반응기(4)의 배출구 측과 유입구 측 사이에 유체 연결을 제공한다. 저압 리사이클은 하나 이상의 냉각기(17, 15) 및 하나 이상의 분리기(18, 16)를 포함한다. 화살표는 플랜트가 설계된 유체 유동의 방향을 나타낸다.
도 3은, 바람직하게 리사이클 연결된, 보다 바람직하게는 고압 리사이클 연결된 냉각기(300) 그룹의 배치를 개략적으로 보여준다. 냉각기 그룹은 의도된 유체 유동의 방향으로 순서대로 하기와 같이 배열된다: 첫 번째로, 단일 냉각기(301a)가 배열된다. 그 다음에, 두 개의 평행한 경로가 배열되는데, 하나의 경로는 직렬로 배열된 냉각기(301b) 및 냉각기(301c)를 포함하고, 다른 경로는 직렬로 배열된 냉각기(301d) 및 냉각기(301e)를 포함한다. 각각의 냉각기(301a 내지 301e)는, 바람직하게 하나의 번들 냉각기로 배열된 하나 이상의 냉각 채널, 바람직하게는 두 개 이상의 냉각 채널을 포함한다. 이와 같은 개략적인 표시는 수직선에 대한 구성 요소들의 방위(orientation)을 표현하지 않는다. 냉각될 유체의 냉각기를 통한 유동은 바람직하게 하향이다. 본 발명은 그와 같은 배열에 한정되지 않는다. 본 도면은 단지 하나의 바람직한 구성을 제공한다.
도 4는 바람직한 일 번들 냉각기(400)의 배치를 개략적으로 보여준다. 번들 냉각기는 냉각될 유체가 평행한 냉각 채널(404)에 앞서서 들어가는 입구 챔버(403) (entry chamber)를 포함한다. 냉각 채널(404)은 각각 입구 챔버(403)에 연결된다. 본 실시예에서는, 모든 냉각 채널(404)이 공통의 냉각제(401)에 의해서 냉각된다. 공통 냉각제(401)의 용적의 근접한 성질은 2차원 도면으로부터는 명확하지 않다. 냉각 채널(404)은 대안적으로 2개 이상의 냉각제에 의해서 냉각될 수도 있다. 냉각 채널(404)은 모두 냉각된 유체가 나가는 공통의 출구 챔버(402)에 연결된다. 왁스와 같은 잔류물을 위한 출구가 냉각기의 바닥에 제공되고, 추가의 출구가 냉각된 가스 스트림을 위해 제공된다. 본 2차원 단면은 채널(404)의 디스플레이된 층에 평행한 냉각 채널(404)의 하나 이상의 층을 갖는 냉각 채널(404)의 바람직한 배열을 보여주지는 않는다.
시험 방법
밀도
밀도는 표준 DIN EN ISO 1183-1:2004, 방법 A(침지)에 부합되는 중합체 밀도이다.
용융 유동 속도(MFR)
용융 유동 속도 MFR(190/2.16)은 2.16 kg의 하중 하의 190의 온도에서 DIN EN ISO 1133:2005, 절차 B, 조건 D에 따라 결정되었다.
실시예
실시예 1
도 2에 따른 플랜트 내에서 중합 반응이 실행되었다. 12와 12'는 각각 제1 냉각기 및 제2 냉각기에 대해서 12 ㎜의 내부 직경과 11 m의 길이를 가지며, 37의 온도에서 수냉되는 168개의 원통형 강철 튜브를 각각 구비하는 2개의 번들 냉각기이다. 4는 길이가 1.0 ㎞이고, 10 m의 섹션마다 절접되고, 40 ㎜의 내부 직경을 가지며, 170의 온도에서 수냉되는 원통형 강철 튜브를 구비하는 관형 반응기이다. 중합체의 평균 산출물(MFR 0.26 g/10분, 밀도 0.927 g/㎤) 및 중합체 톤 당 전기 에너지 소비량은 정상 작동 중에 8시간 동안 측정되었으며, 그 측정 결과가 표 1에 나타나 있다. 그 시간 동안 압축기의 흡입 및 배출 조건들은 일정하게 유지되었다.
연장된 작동 기간에 걸쳐서, 번들 냉각기 내에 형성된 왁스는 정상/냉각 모드와 세정/왁스 제거 모드 간의 역-위상(anti-phase)으로 번들 냉각기(12, 12')를 교대함으로써 제거되었다. 정상/냉각 모드에서, 유체는 1.5 ㎧ 내지 2 ㎧의 속도로 번들 냉각기의 냉각 채널을 통해 유동하였고, 냉각 채널에는 37의 온도에서 냉각제가 공급되었다. 세정/왁스 제거 모드에서, 유체는 0.1 ㎧의 속도로 번들 냉각기의 냉각 채널을 통해 유동하였고, 번들 냉각기의 냉각 재킷에는 140의 온도에서 냉각제가 공급되었다. 1년 동안은, 왁스 제거를 위한 플랜트의 폐쇄가 요구되지 않았다.
비교예
냉각기(12 및 12')를 대신하여 16 ㎜의 강철 두께 및 915 m의 튜브 길이를 갖고 20의 온도에서 수냉된 강철 단일 냉각 채널이 사용된 것을 제외하고는, 도 2에 따른 플랜트 내에서 중합 반응이 수행되었다. 유체는 4.5 ㎧의 속도로 냉각 채널을 통해 유동하였다. 중합체 평균 산출물(MFR 0.29 g/10분, 밀도 0.927 g/㎤) 및 중합체 톤 당 전기 에너지 소비량은 정상 작동 중에 8시간 동안 측정되었으며, 그 측정 결과가 표 1에 나타나 있다. 그 시간 동안 압축기의 흡입 및 배출 조건들은 일정하게 유지되었다.
연장된 기간에 걸쳐서, 플랜트를 폐쇄하고 냉각 채널을 세정함으로써 왁스 형성물이 주기적으로 제거되었다. 냉각 채널의 왁스 제거를 위해서는, 1년에 6일간의 플랜트 폐쇄가 요구되었다.
표 1
Figure 112017130219457-pct00001
1. 압축기(1차)
2. 압축기(2차)
3. 열 교환기
4. 반응기
5. 개시제 투입 노즐
I. 개시제
6. 프레셔 렛 다운(1차)
7. 냉각기
8. 분리기
9. 분리기
10. 펠릿타이저
11. 리사이클 커넥션(고압)
12. 냉각 채널
12'. 냉각 채널
13. 분리기
14. 리사이클 커넥션(저압)
15. 냉각기
16. 분리기
17. 냉각기
18. 분리기
21. 반응기 유입구
22. 반응기 배출구
23. 프레셔 렛 다운(2차)
100. 중합 공정
101. 플랜트
200. 플랜트
300. 냉각기 그룹
301. 냉각기
400. 번들 냉각기
401. 냉각제
402. 출구 챔버
403. 입구 챔버
404. 냉각 채널
405. 가스 배출구

Claims (15)

  1. 유체 연통하는 하기 플랜트 구성 요소들, 즉
    a) 유입구 측(21) 및 배출구 측(22)을 갖는 반응기(4); 및
    b) 상기 반응기(4)의 배출구 측(22)과 유입구 측(21) 사이에 유체 연통하도록 위치된 리사이클 커넥션(11)을 포함하며, 상기 리사이클 커넥션(11)이 병렬로 배열된 2개 이상의 냉각 채널을 포함하는, 중합용 플랜트(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 리사이클 커넥션(11)은 2개 이상의 냉각 채널을 포함하는 하나의 번들 냉각기를 포함하는, 플랜트(100).
  3. 제1항에 있어서, 상기 리사이클 커넥션(11)은, 각각 2개 이상의 냉각 채널을 포함하는, 병렬로 배열된 2개 이상의 번들 냉각기를 포함하는, 플랜트(100).
  4. 제1항에 있어서, 상기 반응기(4)가 관형 반응기인, 플랜트(100).
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉각 채널들 중 적어도 하나는 수직으로 배열되는, 플랜트(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 플랜트(100) 내에서 에틸렌을 중합함으로써 중합체를 제조하는, 공정.
  7. 제6항에 있어서, 에틸렌이 유체 내에 포함되어 있고, 하기 단계, 즉:
    a) 유체의 제1 부분이 하나 이상의 냉각 채널로 구성되는 서브세트 A를 통해 질량 흐름률 α로 유동하고, 유체의 제2 부분이 서브세트 A에 속하지 않는 하나 이상의 냉각 채널로 구성되는 서브세트 B를 통해 질량 흐름률 β로 유동하는 단계를 포함하고, α는 β의 적어도 두 배이며; 질량 흐름률 α와 β는 초당 각각의 냉각 채널을 통해 유동하는 질량에 관하여 kg·s-1으로 표시되는, 공정.
  8. 제7항에 있어서, 단계 a)에서, 상기 서브세트 A에 제공된 냉각제의 질량 흐름률은 상기 서브세트 B에 제공된 냉각제의 질량 흐름률을 기준으로, 서브세트 B에 제공된 냉각제의 질량 흐름률보다 적어도 약 10%만큼, 더 높으며, 상기 질량 흐름률은 초당 유동하는 냉각제의 질량에 관하여 kg·s-1으로 표시되는, 공정.
  9. 하기 준비 단계들, 즉:
    a) 제6항에 따른 공정에 의해 중합체를 제조하는 단계; 및
    b) 다운스트림 제품을 획득하기 위해 상기 중합체를 추가 처리한 단계를 포함하는, 다운스트림 제품의 제조 공정.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중합체 또는 다운스트림 제품이 성형체로 변환되는, 공정.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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